السيستين: الخصائص ، الهيكل ، الوظائف ، التخليق الحيوي - مادة الاحياء - 2026

و السيستين (السيستئين، C) هو واحد من الأحماض الأمينية 22 الموجودة في الطبيعة كجزء من سلسلة ببتيد التي تشكل البروتينات من الكائنات الحية. إنه ضروري لاستقرار الهياكل الثلاثية للبروتينات ، لأنه يساعد في تكوين جسور ثاني كبريتيد داخل الجزيئية.

تمامًا كما هو الحال بالنسبة للأحماض الأمينية الأخرى مثل الألانين والأرجينين والأسباراجين والغلوتامات والجلوتامين والجليسين والبرولين والسيرين والتيروزين ، فإن البشر قادرون على تصنيع السيستين ، لذلك هذا ليس يعتبر من الأحماض الأمينية الأساسية.

هيكل الحمض الأميني سيستين (المصدر: هاتريش عبر ويكيميديا ​​كومنز)

على الرغم من ذلك ، وبالنظر إلى حقيقة أن معدلات التخليق لا تلبي دائمًا متطلبات الجسم ، يصف بعض المؤلفين السيستين بأنه حمض أميني أساسي "مشروط".

سُمي هذا الحمض الأميني على اسم "السيستين" ، وهو أحد مكونات حصوات المرارة المكتشفة عام 1810 ، والذي صاغ اسمه في عام 1832 من قبل أ. بودريمونت وف. مالاغوتي. بعد بضع سنوات ، في عام 1884 ، اكتشف إ. باومان أن السيستين كان نتاج اختزال السيستين.

بعد العمل الذي قام به بومان ، في عام 1899 ، تم تحديد أن السيستين هو المكون الرئيسي للبروتين الذي يتكون من قرون الحيوانات المختلفة ، مما يشير إلى إمكانية استخدامه لتخليق بولي ببتيدات.

من المعروف الآن أن السيستين في الجسم يأتي من الغذاء وإعادة تدوير البروتين والتوليف الداخلي ، والذي يحدث بشكل رئيسي في خلايا الكبد.

مميزات

يحتوي السيستين على وزن جزيئي يبلغ 121.16 جم / مول وهو ، إلى جانب ليسين ، إيزولوسين ، فالين ، فينيل ألانين ، تريبتوفان ، ميثيونين وتيروزين ، من بين أكثر الأحماض الأمينية كارهة للماء.

إنه ينتمي إلى مجموعة الأحماض الأمينية القطبية غير المشحونة ، ومثل الأحماض الأمينية الأخرى ، يمكن أن يتحلل بواسطة التحلل المائي القلوي في درجات حرارة عالية.

مثل التربتوفان والسيرين والجليسين والثريونين ، فإن السيستين هو مقدمة استقلابية لتكوين السكر وتكوين الكيتون (تكوين أجسام الكيتون).

يوجد هذا الحمض الأميني كجزء من تسلسل الببتيد للبروتينات ، ولكن يمكن أيضًا العثور عليه مجانًا في بلازما الدم كمتجانسة (سيستين ، مشتق) أو ثنائي كبريتيد مختلط ، يتكون من شكل الهوموسيستين- السيستين.

الفرق الرئيسي بين السيستين الحر وتلك الموجودة في بنية البروتين هو أن الأول في حالة أكسدة شديدة الأكسدة ، في حين أن الأخير عادة ما يكون منخفضًا تمامًا.

بناء

كما هو الحال مع بقية الأحماض الأمينية الموصوفة حتى الآن ، يحتوي السيستين على ذرة كربون مركزية ، وهي مراوان وتعرف باسم α-carbon.

ترتبط أربعة أنواع كيميائية مختلفة بذرة الكربون هذه:

- مجموعة أمينية (-NH3 +)

- مجموعة الكربوكسيل (-COO-)

- ذرة هيدروجين و

- بديل (-R).

المجموعة البديلة هي التي تعطي هوية كل حمض أميني وتتميز مجموعة السيستين باحتوائها على ذرة كبريت كجزء من مجموعة ثيول أو سلفهيدريل (-CH2-SH).

هذه المجموعة هي التي تسمح لها بالمشاركة في تكوين جسور ثاني كبريتيد داخل الجزيئات وبين الجزيئات. نظرًا لأنه من محبي النواة ، يمكنه أيضًا المشاركة في تفاعلات الاستبدال.

في الواقع ، يمكن تعديل هذه السلسلة الجانبية من السيستين لتشكيل مركبين يعرفان باسم "سيلينوسيستين" و "لانثيونين". الأول هو حمض أميني يشارك أيضًا في تكوين البروتينات والثاني هو مشتق من الأحماض الأمينية غير البروتينية.

تتميز مجموعة ثيول من السيستين أيضًا بتقاربها العالي مع أيونات الفضة والزئبق (Ag + و Hg2 +).

المميزات

تتعلق الوظائف الرئيسية للسيستين في الكائنات الحية بمشاركتها في تكوين البروتينات. على وجه التحديد ، يشارك السيستين في إنشاء جسور ثاني كبريتيد ، والتي تعتبر ضرورية لتشكيل بنية البروتين العالي.

بالإضافة إلى ذلك ، هذا الحمض الأميني ليس مفيدًا فقط في تخليق البروتين ، ولكنه يشارك أيضًا في تخليق الجلوتاثيون (GSH) ويوفر الكبريت المخفض للميثيونين ، وحمض الليبويك ، والثيامين ، والإنزيم المساعد A (CoA) ، موليبدوبترين (عامل مساعد) ومركبات أخرى مهمة بيولوجيا.

في ظل ظروف الكميات الزائدة من الأحماض الأمينية الكبريتية ، يمكن استخدام السيستين والأحماض الأمينية الأخرى ذات الصلة لإنتاج البيروفات والكبريت غير العضوي. يدير البيروفات إعادة توجيهه نحو مسار تكوين الجلوكوز ، والذي يعمل على إنتاج الجلوكوز.

تعتبر الكيراتين من أكثر أنواع البروتينات الهيكلية وفرة في المملكة الحيوانية ، وهي غنية بمخلفات السيستين. على سبيل المثال ، يحتوي صوف الأغنام على أكثر من 4٪ كبريت من هذا الأحماض الأمينية.

يشارك السيستين أيضًا في العديد من تفاعلات تقليل الأكسدة ، مما يجعله جزءًا من الموقع النشط لبعض الإنزيمات.

من خلال التفاعل مع الجلوكوز ، يولد هذا الأحماض الأمينية نواتج تفاعل تقدم نكهات وروائح جذابة لبعض مستحضرات الطهي.

التخليق الحيوي

يحدث التخليق الحيوي للأحماض الأمينية في جسم الإنسان والحيوانات الأخرى (الثدييات وغير الثدييات) بطريقة خاصة بالأنسجة والخلية ؛ إنها عملية تتطلب طاقة وعادة ما يتم فصلها بين أعضاء مختلفة.

يعد الكبد أحد الأعضاء الرئيسية المشاركة في تخليق معظم الأحماض الأمينية غير الأساسية ، بغض النظر عن الأنواع المعتبرة.

في هذا ، لا يتم تصنيع السيستين فقط ، ولكن أيضًا الأسبارتات ، الأسباراجين ، الجلوتامات والجلوتامين ، الجلايسين ، السيرين ، التيروزين وغيرها من سلائف الأحماض الأمينية الخاصة بهم.

في عام 1935 ، قرر إروين براند أن السيستين ، في الثدييات ، يتم تصنيعه بشكل طبيعي من الميثيونين ، والذي يحدث حصريًا في أنسجة الكبد.

يمكن أن تحدث هذه العملية من خلال "تحويل الميثيونين" للميثيونين ، حيث يتم نقل مجموعات الميثيل إلى الكولين والكرياتين. ومع ذلك ، يمكن أيضًا تكوين السيستين من الميثيونين بفضل الكبريت العابر.

في وقت لاحق تبين أنه بالإضافة إلى الميثيونين ، فإن بعض المركبات الاصطناعية مثل N-acetyl cysteine ​​و cysteamine و cystamine ، هي سلائف مفيدة لتخليق السيستين.

في حالة N-acetyl cysteine ​​، يتم تناوله بواسطة الخلايا ، حيث يتم تحويله إلى cysteine ​​بواسطة إنزيم deacetylase في العصارة الخلوية.

آلية التوليف

أكثر آليات التوليف المعروفة للسيستين من الميثيونين هي آلية الكبريت العابر. يحدث هذا بشكل رئيسي في الكبد ، ولكن تم تحديده أيضًا في الأمعاء والبنكرياس.

يحدث هذا من الحمض الأميني ، وهو مركب مشتق من الأحماض الأمينية ميثيونين ؛ وأول رد فعل في مسار التخليق الحيوي هذا هو تكثيف محفز بواسطة إنزيم سيستاثيونين سينسيز (CBS).

يمثل هذا الإنزيم خطوة "الحل الوسط" للمسار ويكثف الهوموسيستين مع بقايا سيرين ، وهو بروتين آخر من الأحماض الأمينية ، والذي ينتج السيستاثيونين. بعد ذلك ، يتم "قطع" هذا المركب أو "انشقاقه" بواسطة إنزيم سيستاثيوناز ، مما يؤدي إلى إطلاق السيستين.

يتم التوسط في تنظيم النشاط الأنزيمي لـ CBS من خلال توافر الميثيونين وحالة الأكسدة والاختزال في الخلية حيث تحدث هذه العملية.

من خلال مسار تخليق السيستين ، يمكن للخلايا التعامل مع الميثيونين الزائد ، لأن تحويله إلى السيستين هو عملية لا رجعة فيها.

تخليق السيستين في النباتات والكائنات الحية الدقيقة

في هذه الكائنات الحية ، يتم تصنيع السيستين بشكل رئيسي من الكبريت غير العضوي ، وهو المصدر الأكثر وفرة للكبريت القابل للاستخدام في المحيط الحيوي الهوائي.

يؤخذ هذا ، ويدخل إلى الخلايا ثم يتحول إلى كبريت (S2-) ، والذي يتم دمجه في السيستين بطريقة مشابهة لما يحدث مع الأمونيا في تخليق الجلوتامات أو الجلوتامين.

التمثيل الغذائي والتدهور

يحدث تقويض السيستين بشكل رئيسي في خلايا الكبد (خلايا الكبد) ، على الرغم من أنه يمكن أن يحدث أيضًا في أنواع أخرى من الخلايا مثل الخلايا العصبية والخلايا البطانية وخلايا العضلات الملساء في الأوعية الدموية في الجسم.

تؤدي عيوب معينة في تقويض السيستين إلى مرض وراثي يُعرف باسم "بيلة السيستين" ، ويتميز بوجود حصوات السيستين في الكلى والمثانة والحالب.

السيستين هو حمض أميني مشتق من السيستين وتتكون الأحجار من اتحاد جزيئين من هذه الجزيئات من خلال ذرات الكبريت.

ينتج جزء من استقلاب السيستين عن تكوين حمض السالوسولفينيك ، والذي يتكون منه التورين ، وهو حمض أميني غير بروتيني. يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم ديوكسجيناز السيستين.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أكسدة السيستين بواسطة الفورمالديهايد لإنتاج N-formyl cysteine ​​، والذي يمكن أن تؤدي المعالجة اللاحقة له إلى تكوين "مركبتورات" (ناتج تكثيف السيستين مع المركبات العطرية).

في الحيوانات ، يستخدم السيستين أيضًا ، وكذلك الجلوتامات والجلوتامين ، لتركيب الإنزيم المساعد A ، الجلوتاثيون (GSH) ، البيروفات ، الكبريتات وكبريتيد الهيدروجين.

تحدث إحدى طرق تحويل السيستين إلى البيروفات في خطوتين: الأولى تتضمن إزالة ذرة الكبريت والثانية تفاعل نقل.

الكلى هي المسؤولة عن إفراز الكبريتات والكبريتات المشتقة من استقلاب مركبات الكبريت مثل السيستين ، بينما تقوم الرئتان بإخراج ثاني أكسيد الكبريت وكبريتيد الهيدروجين.

الجلوتاثيون

الجلوتاثيون ، جزيء يتكون من ثلاثة بقايا من الأحماض الأمينية (الجلايسين ، الجلوتامات ، والسيستين) هو جزيء موجود في النباتات والحيوانات والبكتيريا.

له خصائص خاصة تجعله محلولًا ممتازًا للأكسدة ، حيث يحمي الخلايا من أنواع مختلفة من الإجهاد التأكسدي.

الأطعمة الغنية بالسيستين

يوجد السيستين بشكل طبيعي في الأطعمة التي تحتوي على الكبريت مثل (أصفر) صفار البيض ، والفلفل الأحمر ، والثوم ، والبصل ، والبروكلي ، والقرنبيط ، واللفت ، وبراعم بروكسل ، والجرجير ، و الخردل الأخضر.

كما أنه موجود بشكل رئيسي في الأطعمة الغنية بالبروتين مثل اللحوم والبقوليات ومنتجات الألبان ، ومن بينها:

- لحم البقر ولحم الخنزير والدجاج والأسماك

- الشوفان والعدس

- بذور زهرة عباد الشمس

- زبادي و جبن

فوائد تناول السيستين

يعتبر أن تناوله يمنع تساقط الشعر ويحفز نموه. في صناعة المواد الغذائية يستخدم على نطاق واسع كمحسّن لعجينة الخبز وأيضًا "لإعادة إنتاج" نكهات تشبه اللحوم.

أفاد مؤلفون آخرون أن تناول المكملات الغذائية أو الأطعمة الغنية بالسيستين يقلل من الإصابات الكيميائية الحيوية الناجمة عن الاستهلاك المفرط للأطعمة الملوثة بالعناصر المعدنية ، لأنها تشارك في تفاعلات "عملية إزالة معدن ثقيل".

بعض المكملات الغذائية المتعلقة بالسيستين يستخدمها البشر كمضادات للأكسدة ، والتي تعتبر مفيدة من وجهة نظر "تأخير" الشيخوخة.

N-acetyl cysteine ​​(مقدمة في تخليق السيستين) ، على سبيل المثال ، يؤخذ كمكمل غذائي ، لأن هذا يؤدي إلى زيادة في التخليق الحيوي للجلوتاثيون (GSH).

الأمراض ذات الصلة

هناك بعض المنشورات العلمية التي تربط مستويات عالية من البلازما السيستين بالسمنة والأمراض الأخرى ذات الصلة مثل أمراض القلب والأوعية الدموية ومتلازمات التمثيل الغذائي الأخرى.

Cystinuria ، كما ذكر أعلاه ، هو علم الأمراض الذي يرتبط بوجود حصوات السيستين ، وهو مشتق من السيستين ، بسبب خلل وراثي في ​​إعادة امتصاص الكلى للأحماض الأمينية ثنائية القاعدة مثل السيستين.

اضطرابات النقص

يرتبط نقص السيستين بالإجهاد التأكسدي ، حيث يعد هذا أحد السلائف الرئيسية لتخليق الجلوتاثيون. لذلك ، فإن النقص في هذا الحمض الأميني يمكن أن يؤدي إلى الشيخوخة المبكرة وجميع الشقق وهذا يعني.

أثبتت مكملات السيستين تجريبياً أنها تحسن وظائف العضلات الهيكلية ، وتقليل النسبة بين كتلة الجسم الدهنية وغير الدهنية ، وتقليل مستويات البلازما من السيتوكينات الالتهابية ، وتحسين وظائف الجهاز المناعي ، إلخ.

في منتصف التسعينيات ، اقترحت بعض الدراسات أن متلازمة نقص المناعة المكتسبة (الإيدز) يمكن أن تكون نتيجة لنقص السيستين الناجم عن الفيروس.

تم دعم هذه الادعاءات من خلال حقيقة أن المرضى المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية الذين تم فحصهم لديهم مستويات منخفضة من سيستين وسيستين في البلازما ، بالإضافة إلى تركيزات منخفضة من الجلوتاثيون داخل الخلايا.

المراجع

1. دروج ، و. (1993). نقص السيستين والجلوتاثيون في مرضى الإيدز: الأساس المنطقي للعلاج باستخدام N-Acetyl-Cysteine. علم الأدوية، 46، 61-65.
2. دروج ، و. (2005). الإجهاد التأكسدي والشيخوخة: هل الشيخوخة متلازمة نقص السيستين؟ المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية ، 360 (1464) ، 2355-2372.
3. الشوربجي ، أيه كيه ، سميث ، إيه دي ، كوزيش ، ف ، ورفسوم ، هـ. (2011). السيستين والسمنة. السمنة ، 20 (3) ، 1-9.
4. كريديتش ، ن. (2013). التخليق الحيوي للسيستين. EcoSal Plus ، 1-30.
5. ماكفرسون ، آر إيه ، وهاردي ، ج. (2011). الفوائد السريرية والغذائية لمكملات البروتين الغني بالسيستين. الرأي الحالي في التغذية السريرية والرعاية الأيضية ، 14 ، 562-568.
6. مختاري ، ف. ، أفشريان ، ب. ، شاه حسيني ، م ، كالنتار ، إس إم ، ومويني ، أ. (2017). مراجعة لاستخدامات N-acetyl cysteine ​​المختلفة. مجلة الخلية ، 19 (1) ، 11-17.
7. بيستي ، ب. (2013). مضادات الأكسدة السيستين ماستر. المجلة الدولية للصيدلة ، والعلوم الكيميائية والبيولوجية ، 3 (1) ، 143-149.
8. كويج ، د. (1998). استقلاب السيستين والسمية المعدنية. مراجعة الطب البديل ، 3 (4) ، 262-270.
9. وو ، جي (2013). أحماض أمينية. الكيمياء الحيوية والتغذية. بوكا راتون ، فلوريدا: مجموعة تايلور وفرانسيس.